środa, grudzień 12, 2018

    Najnowsze wydanie


    PI 5/2018

Okładka

 

Ochrona instalacji centralnego ogrzewania Cz. 1. Zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami w instalacjach grzewczych/chłodniczych

7We wcześniejszym artykule poruszyłem jeden z powszechnych problemów, jakie występują w instalacjach centralnego ogrzewania, czyli obecność powietrza w instalacji, które skutkuje nieprawidłowym działaniem całego układu. Dzisiejszy tekst chciałbym poświęcić zagadnieniu zanieczyszczeń w instalacjach.

Na samym początku odpowiedzmy sobie na pytanie, jakiej formy zanieczyszczeń możemy spodziewać się w pracującej instalacji centralnego ogrzewania?

  • osady pochodzenia mineralnego (tzw. kamień kotłowy);
  • cząstki zawieszone (piasek, cząstki metalu, ciała obce) pochodzące z sieci wodociągowej lub dostające się do instalacji w trakcie jej wykonywania lub konserwacji (resztki spawalnicze, konopie, smary);
  • produkty korozji tlenowej materiałów wykorzystanych do wykonania instalacji;
  • szlamy, które są efektem połączenia tlenków, osadów mineralnych oraz olei użytych podczas produkcji elementów takich jak np. grzejniki.

60

Skoro już zidentyfikowaliśmy rodzaje zanieczyszczeń występujące w wodzie czas na przybliżenie problemów, jakie mogą być z nimi związane:

Problemy związane z występowaniem zanieczyszczeń w wodzie
Nieprawidłowe działanie zaworów spowodowane osadzającymi się zanieczyszczeniami na jego elementach (rys. 1.)
Jak pokazano na rysunku 1. zanieczyszczenia znajdujące się w wodzie, przepływając przez zawór, stopniowo gromadzą się w okolicy elementu zamykającego. Skutkiem takiego procesu będzie nieszczelność zaworu lub jego „zacięcie". W przypadku zaworów tzw. Dynamicznych, które wyposażone są w wewnętrzny regulator różnicy ciśnienia, zanieczyszczenia mogą spowodować zatkanie przewodu impulsowego i w skrajnych przypadkach konieczność wymiany całego zaworu.

8Obniżona sprawność wymiany ciepła spowodowana osadzającymi się zanieczyszczeniami w grzejnikach (rys. 2.)
Grzejniki są swego rodzaju „zbiornikami dla zanieczyszczeń". Zawieszone cząsteczki w wodzie instalacyjnej opadają grawitacyjnie i gromadzone są w dolnej części. Z upływem czasu gromadzące się zanieczyszczenia mogą tworzyć bardzo trudną do usunięcia gęstą substancję, która nie tylko obniża wydajność grzejną, ale również może być zalążkiem korozji wżerowej.


9Obniżona sprawność wymienników ciepła spowodowana ograniczeniem przepływu i powierzchni wymiany ciepła (rys. 3.)
Podobnie jak w przypadku grzejników, zanieczyszczenia zawieszone w wodzie mogą gromadzić się w wymiennikach (w zależności od ich konstrukcji). Dodatkowo wymienniki ciepła są niezwykle narażone na osadzanie się kamienia kotłowego, który stopniowo prowadzi do obniżenia sprawności wymiany ciepła.

11Uszkodzenie pomp spowodowane przez gromadzące się w nich zanieczyszczenia (rys. 4.)
W procesie korozji w instalacji do wody uwalniane są zanieczyszczenia nie magnetyczne (rdza) i magnetyczne (w postaci małych płatków o silnych właściwościach magnetycznych). Pompy w instalacji centralnego ogrzewania generują pole magnetyczne, a to powoduje gromadzenie cząsteczek magnetycznych zawieszonych w wodzie na jej elementach, w wyniku czego może dojść do uszkodzenia samej pompy.

Osadzanie zanieczyszczeń w rurociągach prowadzące do zmniejszenia przekroju przepływu, a zatem do zmniejszenia natężenia przepływu (rys. 5.)
10Obecnie na rynku instalacyjnym możemy od kilku lat zaobserwować trend do zmniejszania średnic przewodów, oczywiście jest to podyktowane ograniczeniem zapotrzebowania na ciepło w budynkach. Zanieczyszczenia osadzające się w przewodach oraz złączkach o niskich średnicach mogą znacząco obniżać przepustowość tych elementów.

12Korozja elektrochemiczna (rys. 6.)
Korozja elektrochemiczna spowodowana jest tym, że w obecności wody warstwa brudu na metalowej powierzchni prowadzi do powstania dwóch stref (woda/brud i brud/woda) o różnej zawartości tlenu. Strefa woda/brud jest znacznie bogatsza w tlen niż strefa brud/metal. Z tego powodu dochodzi do reakcji anodowej (strefa bogata w tlen to katoda, strefa ubogia w tlen to anoda), co prowadzi do korozji powierzchni metalowej.

W dzisiejszym artykule chciałby skupić się na zabezpieczeniu instalacji przed cząstkami zawieszonymi np. piaskiem, cząstkami metalu, ciałami obcymi oraz produktami korozji tlenowej. Obecnie na rynku możemy spotkać dwie grupy produktowe pozwalające na usunięcie zanieczyszczeń tego typu z wody instalacyjnej.

Zabezpieczenie instalacji przed cząstkami zawieszonymi
13Filtry siatkowe (rys. 7.)
Filtracja jest procesem fizyczno-mechanicznym, w którym zanieczyszczenia są oddzielane przez siatkę filtra
.

Zasada działania
Korpus filtra wyposażony jest w komorę, w której zamontowana jest metalowa siatka. Podstawowym parametrem charakteryzującym filtr, jest średnica oczka siatki (lub pojemność filtracyjna). Wielkość ta definiuje rozmiar cząstek zanieczyszczeń, które mogą być przechwycone przez filtr. Przykładowo za pomocą filtra o średnicy oczka siatki wynoszącej 0,4 mm (400 μm) można usunąć zanieczyszczenia o średnicy większej bądź równej tej wartości. Powyżej przedstawiono tabelę z przykładowymi siatkami zastosowanymi dla danej średnicy filtra.

14

15Sprawność separacji zanieczyszczeń
Podczas pierwszego uruchomienia instalacji, filtr przechwytuje cząsteczki o średnicy większej niż średnica oczka siatki. Głównym ograniczeniem tych urządzeń jest fakt, że nie są w stanie usuwać zanieczyszczeń o średnicach mniejszych niż średnica oczka siatki (najczęściej jest to wartość 0,4÷0,5 mm, 400÷500 μm). Jak przedstawiono na rysunku 8. (niebieskie pole), filtry nie są w stanie skutecznie usunąć z wody instalacyjnej cząsteczek piasku, rdzy oraz cząstek magnetycznych (tych ostatnich w przypadku standardowych filtrów bez dodatkowego elementu magnetycznego). Należy również zwrócić uwagę na fakt, że gromadzące się zanieczyszczenia powodują zwiększenie strat ciśnienia generowanych przez filtr, dlatego musi być on okresowo czyszczony.

Strata ciśnienia
Ze względu na sposób działania, strata ciśnienia wzrasta wraz z ilością gromadzących się zanieczyszczeń na siatce filtra. Strata ciśnienia (czystego filtra) dla filtra (średnicy 1") z siatką o średnicy oczka 400 μm wynosi około 180 mm sł. H2O przy przepływie 1500 l/h. Strata ciśnienia w 70% zanieczyszczonego filtra wzrasta czterokrotnie – do wartości około 810 mm sł. H2O. Dlatego niezwykle istotna jest okresowa kontrola stanu zabrudzenia filtra.

Montaż
Filtry siatkowe mogą być zamontowane w instalacji na przewodach pionowych lub poziomych, oczywiście zgodnie z kierunkiem przepływu wskazanym na korpusie urządzenia. magnetycznego wspomaga usuwanie zanieczyszczeń, a jednocześnie nie ma wpływu na hydraulikę samego urządzenia. W przypadku montażu poziomego, osadnik zanieczyszczeń z wkładem filtracyjnym powinien być skierowany w dół. Podczas montażu na przewodach pionowych, osadnik bezwzględnie musi być skierowany do dołu. Podczas montażu filtrów konieczne jest zastosowanie zaworów odcinających w celach konserwacyjnych.

16Separatory zanieczyszczeń (rys. 9.)
Separacja zanieczyszczeń jest procesem bardziej efektywnym z punktu widzenia wielkości separowanych cząstek. Dzięki wykorzystaniu zjawiska wytrącania pod wpływem grawitacji, możliwa jest separacja zanieczyszczeń o średnicy cząstki do 0,005 mm (5 μm). Separatory mogą być wykonane z mosiądzu z przyłączami gwintowanymi (rys. 9.), jak również ze stali z powłoką epoksydową z przyłączami kołnierzowymi
(rys. 10.) oraz z technopolimeru (rys. 11.)

Zasada działania
Zasada działania separatorów zanieczyszczeń opiera się na połączeniu kilku zjawisk fizycznych:

  • zmniejszenie prędkości medium sprzyja grawitacyjnemu opadaniu zanieczyszczeń w komorze gromadzenia;
  • wewnętrzny element powoduję wytrącenie z przepływającego medium zanieczyszczeń, które opadają do komory zlokalizowanej w dolnej części urządzenia.

Na rysunku 12. przedstawiono sposób pracy separatora zanieczyszczeń do montażu na przewodach poziomych wyposażonego w dodatkowy pierścień magnetyczny. W tej wersji specjalny pierścień składający się z dwóch części zamontowany jest na zewnątrz, w miejscu gromadzenia się zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia ferromagnetyczne są zatrzymywane w komorze gromadzenia zanieczyszczeń. Taka lokalizacja elementu magnetycznego wspomaga usuwanie zanieczyszczeń, a jednocześnie nie ma wpływu na hydraulikę samego urządzenia.

17Sprawność separacji
Specjalna budowa separatorów zanieczyszczeń pozwala na oddzielenie z wody instalacyjnej cząsteczek o wielkości kilku mikrometrów. Separacja następuje w sposób ciągły, a całkowite usunięcie zanieczyszczeń wymaga kilkudziesięciu cykli pracy instalacji. Dla przykładu badania przeprowadzone w specjalistycznym laboratorium (TNO – Nauka i Przemysł) dotyczące szybkości separacji zanieczyszczeń wykazały, że separatory zanieczyszczeń firmy Caleffi po 50 cyklach recyrkulacji są w stanie usunąć większość zanieczyszczeń (w przybliżeniu jeden dzień pracy instalacji). Usunięte z instalacji zostało 100% cząstek o wielkości wyższej niż 100 μm i średnio 80% cząstek o mniejszych wymiarach (rys. 13.). Na rysunku 14. przedstawiono przykłady zanieczyszczeń, które mogą być usunięte przy pomocy separatorów (zielone pole). Porównując wykres z rysunku 8. i 14., doskonale widać, jak ogromną przewagę w usuwaniu zanieczyszczeń z wody instalacyjnej posiadają separatory nad filtrami siatkowymi.

18Strata ciśnienia
W przeciwieństwie do filtrów, straty ciśnienia separatorów zanieczyszczeń są niższe. Gromadzące się zanieczyszczenia nie mają na nie wpływu, ponieważ znajdują się w komorze w dolnej części urządzenia.

Montaż
Separator zanieczyszczeń powinien być zainstalowany na przewodzie powrotnym przed kotłem. 19Pozwala to na separację zanieczyszczeń przy pierwszym uruchomieniu zanim dotrą one do kotła. Urządzenia tego typu należy montować w pozycji pionowej i najlepiej po stronie ssącej pompy. Dostępne są wersje do montażu na rurociągach pionowych i poziomych. Kierunek przepływu nie ma wpływu na prawidłową pracę urządzenia.
Komora gromadzenia zanieczyszczeń wyposażona jest w zawór spustowy. Zawór ten może być użyty do usunięcia zanieczyszczeń zgromadzonych w komorze nawet w czasie normalnej pracy instalacji.
Separatory mogą być dodatkowo wyposażone w specjalnie ukształtowaną izolację, która minimalizuje starty energii w instalacji, jak również zapobiega wykropleniu pary wodnej na powierzchni urządzenia, co ma szczególne znaczenie w przypadku instalacji chłodniczych.

  

2021
Podsumowanie

Powyższy artykuł poruszał temat zabezpieczenia instalacji przed zanieczyszczeniami zawieszonymi w wodzie. W kolejnej odsłonie z tej serii chciałbym się skupić na zabezpieczeniu przed pozostałymi zanieczyszczeniami. Podsumowując tę cześć, można zadać sobie pytanie, dlaczego instalacje grzewcze/chłodnicze nadal narażane są na problemy związane z zanieczyszczeniami, skoro rynek sanitarny oferuje szeroką gamę produktów pozwalających na całkowitą ich separację?
Myślę, że wpływ na to ma kilka czynników. Jednym z nich jest po prostu brak rzetelnej informacji/wiedzy dotyczącej poszczególnych produktów. Wiele osób związanych z branżą instalacyjną nie widzi różnicy pomiędzy separatorami, a filtrami, a ta jest przecież zasadnicza. Często separatory wyposażone w elementy magnetyczne mylone są z filtrami z wkładem magnetycznym. Mam nadzieję, że ten artykuł w jakimś stopniu przybliży nowoczesne rozwiązanie dla instalacji, jakimi są separatory zanieczyszczeń i staną się one powszechnie stosowane.
Drugi z czynników to niestety błędnie pojmowana ekonomia. Nadal patrzymy na wykonanie instalacji z punktu widzenia nakładów inwestycyjnych, kompletnie pomijając późniejsze funkcjonowanie instalacji oraz koszty jej utrzymania. Dużo lepszym rozwiązaniem tak dla Inwestorów jak i Wykonawców jest zapobieganie problemom niż póżniejsze naprawianie ich skutków.


Zasadę, działanie i budowę separatorów przedstawiono na przykładzie produktów firmy Caleffi. Poszczególne rozwiązania konstrukcyjne oraz sprawność urządzeń może być różna dla innych producentów.

homeWyszukiwarka

homeTagi

homeReklama

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem